فولاد چیست و انواع مختلف فولاد و گریدهای فولادی

فولاد یکی از همه کاره‌ترین و مفیدترین مواد روی کره زمین است که عمدتاً از آهن (Fe) و کربن (C) تشکیل شده است، اما فولاد مدرن پیچیده‌تر از آن است. ویژگی‌ها و استحکام فولاد تحت‌تاثیر غلظت کربن و آهن یا گنجاندن عناصر دیگر قرار می‌گیرد که به فولاد اجازه می‌دهد در تعداد نامحدودی از سناریوها استفاده شود. اکثر مردم بر این باورند که فولاد فقط ترکیبی از آهن و کربن است. اما در واقع بیش از 3500 درجه مختلف فولاد وجود دارد! شما می‌توانید عیار فولاد را با تجزیه و تحلیل مقدار کربن موجود در آن، سایر عناصر آلیاژی آن و همچنین نحوه پردازش آن تعیین کنید

فولاد چیست؟

فولاد (به انگلیسی Steel)، آلیاژی از آهن و کربن است. مقدار کربن در فولاد بین 0.002 تا 2.1 درصد است و سایر عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، منگنز و… به مقدار متفاوت در انواع فولادها حضور دارند. اضافه کردن کربن به آهن، در ازای کم کردن مقداری از شکل پذیری، سختی این آلیاژ را تا مقادیر زیادی بالا می‌برد. آهن نیز به عنوان یک عنصر آلیاژی اصلی در فولادها شناخته می‌شود و درنتیجه، فولادها یک خانواده بزرگ از آلیاژهای آهنی را تشکیل می‌دهند. این میزان کربن در فولادها مهم‌ترین فاکتور محسوب می‌شود. فولاد، مهم‌ترین آلیاژ تولید شده در تاریخ تمدن انسان است. انواع فولاد، بزرگترین حجم تولید و کاربرد را در بین تمام فلزات وآلیاژ‌های موجود در عصر حاضر را دارند.

انواع فولاد

انواع فولاد به چهار گروه طبقه بندی اصلی می‌شود:

فولاد کربنی فولاد آلیاژی فولاد ضد زنگ فولاد ابزار

فولاد کربنی آهن و کربن فراوان‌ترین مواد موجود در فولاد هستند. آهن خالص به خودی خود قوی یا سخت نیست، بنابراین افزودن کربن است که به فولاد کمک می‌کند تا استحکام بالایی داشته باشد. جدا از کربن و آهن، فولادهای کربنی تنها حاوی مقادیر کمی از اجزای دیگر هستند. فولادهای کربنی رایج ترین فولاد در بین چهار گرید فولادی هستند که 90 درصد کل تولید فولاد را تشکیل می‌دهند! فولادهای کربنی به‌طور گسترده در کاربردهای مختلفی از جمله ساخت و سازهای عمرانی و مکانیکی، نورد مجدد، قطعات خودرو، مبلمان، لوله‌ها، تجهیزات کشاورزی، لوازم خانگی و قطعات با شکل‌دهی یا خمش سبک استفاده می‌شوند. فولاد کربنی بر اساس میزان کربن موجود در فلز به سه زیر گروه طبقه بندی می‌شود: فولاد کم کربن / فولادهای ملایم (تا 0.3٪ کربن) فولاد کربن متوسط (0.3-0.6٪ کربن) فولاد پرکربن (بیش از 0.6 درصد کربن) شرکت ها اغلب این فولادها را در مقادیر زیاد تولید می‌کنند زیرا نسبتاً ارزان هستند و به اندازه کافی قوی هستند که در ساختمان سازی در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار گیرند. فولاد آلیاژی فولادهای آلیاژی از ترکیب فولاد با عناصر آلیاژی اضافی مانند نیکل، کبالت، مس، مولیبدن، کلمبیوم، تیتانیوم، تنگستن، وانادیم، سیلیکون، کروم و/یا آلومینیوم ساخته می‌شوند. ترکیب این عناصر استحکام، شکل پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و ماشینکاری فولاد را بهبود می‌بخشد. عناصر آلیاژی به فولاد اضافه می‌شوند تا یک یا چند ویژگی فیزیکی و/یا مکانیکی آن را بهبود بخشند، مانند: سختی، استحکام، چقرمگی، عملکرد در دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش. این عناصر معمولاً 1 تا 50 درصد وزنی ترکیب فلز را تشکیل می‌دهند. فولادهای آلیاژی تقریباً در تمام صنایع برای ساخت ابزارهای ساخت و محصولات نهایی استفاده می‌شوند. عیار و ترکیب دقیق فولاد آلیاژی را می‌توانید با نیازهای خود تنظیم نمایید. بسته به خواص مورد نظر ماده، فولاد آلیاژی می‌تواند دارای طیف گسترده و مقادیر متغیری از عناصر آلیاژی باشد. هر یک از این عناصر برای افزایش برخی خواص فولاد مانند سختی یا مقاومت در برابر خوردگی اضافه می‌شود. عناصر آلیاژی معمولی عبارتند از: بور، کروم، مولیبدن، منگنز، نیکل، سیلیکون، تنگستن و وانادیم. سایر عناصر کمتر رایجی که ممکن است اضافه شوند عبارتند از: آلومینیوم، کبالت، مس، سرب، قلع، تیتانیوم و زیرکونیوم.

فولاد ضد زنگ

گریدهای فولاد ضد زنگ (Stainless steels) با 10 تا 20 درصد کروم و همچنین نیکل، سیلیکون، منگنز و کربن، آلیاژ می‌شوند. این فولادها به دلیل ظرفیت افزایش یافته خود برای سالم ماندن در آب و هوای نامساعد، مقاومت در برابر خوردگی فوق العاده بالایی دارند و برای استفاده در ساخت و ساز در فضای باز، ایمن هستند. نمرات مختلف فولاد ضد زنگ نیز معمولاً در دستگاه‌های الکتریکی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ 304 به دلیل توانایی آن در مقاومت در برابر محیط و در عین حال ایمن نگه داشتن مواد الکتریکی به‌طور گسترده‌ای مورد توجه قرار گرفته است. در حالی که گریدهای مختلف فولاد ضد زنگ، از جمله فولاد ضد زنگ 304، جایگاهی در ساختمان‌ها دارند، فولاد ضد زنگ بیشتر به دلیل ویژگی‌های بهداشتی آن مورد توجه قرار می‌گیرد. این فولادها به‌طور گسترده در دستگاه‌های پزشکی، لوله‌ها، مخازن تحت فشار، ابزارهای برش و ماشین آلات پردازش مواد غذایی یافت می‌شوند.

فولاد ابزار فولاد ابزار آلیاژی از کربن است که سازندگان برای اهداف مختلف از جمله ماشینکاری و برش استفاده می‌کنند. خواص متمایز این فولاد، از جمله سختی، مقاومت در برابر سایش و تغییر شکل، آن‌ها را برای شکل دادن به سایر مواد از طریق برش و ماشینکاری مناسب می‌کند. فولادهای ابزار همان‌طور که از نامشان پیداست در تجهیزات برش و حفاری سرآمد هستند. وجود تنگستن، مولیبدن، کبالت و وانادیوم به بهبود مقاومت حرارتی و دوام عمومی آن کمک می‌کند و از آنجایی که حتی در صورت استفاده زیاد نیز شکل خود را حفظ می‌کنند، برای اکثر ابزارهای دستی، استفاده از آن ترجیح داده می‌شود.